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[硕士论文] 王欣悦
机械电子工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:目前高压水射流技术因其特有的优点已被广泛应用到各个领域,其主要的用途包括切割、清洗等工作。本课题组已对该新兴的技术进行了一定的研究,该研究内容主要是利用高压水射流技术与声音识别处理技术结合进行地雷等靶物的探测,创建了高压水射流靶物探测平台,利用高压水射流喷嘴和传声器分别组成相对应的直线型阵列,研究了高压水射流反射声信号处理的算法程序,编写了信号采集与处理的部分程序。但是,该项目的研究仍存在不足,直线型传声器阵列由于各个传声器接收信号的距离问题而使得接收信号失真严重,导致探测精度降低,同时系统各部分软件程序未能实现集成化。
  为了提高高压水射流靶物探测系统的探测精度,本文研究设计了圆弧型阵列结构,利用圆弧形阵列各个位置到达声源位置相同或相近的特点,解决了直线型传声器阵列探测精度不高的问题。搭建了直线型阵列结构与圆弧型阵列结构的探测精度对比仿真实验,设计了多组直线型和圆弧型结构参数进行实验。通过仿真实验结果可知,多组直线型阵列中探测误差最小达到88.89mm,而圆弧型阵列结构中,最优的结构探测误差为9.03mm。从而可知圆弧型阵列的探测精度高于直线型阵列,并对圆弧型阵列结构进行优化,确定最优的圆弧型阵列的结构参数是相邻传声器之间距离为200mm,圆周角为30°的结构。
  为了提高高压水射流靶物探测系统的探测效率,缩短信号处理的时间,达到实时观察探测结果的目的。本文利用LabVIEW作为高压水射流信号处理算法程序编写的软件平台,对各个信号处理算法子程序进行整合,解决了各个程序间不同数据类型之间的转换和不同表示法的数值类型之间的转换问题。本文通过对信号处理模块的程序进行集成,使得模块之间实现数据流通,达到探测处理一体化程序,实现了在探测过程中实时显示目标靶物相对位置的目的。
  本文主要解决了高压水射流靶物探测系统直线型传声器阵列结构探测精度低和系统程序未能集成化的问题,设计了圆弧型传声器阵列代替直线型传声器阵列,并对圆弧型阵列进行结构优化,使得靶物探测系统的精度得到很大的提高。通过对已有的软件程序进行改进实现软件程序集成化,达到实时监测探测结果的目的,极大地提高了探测系统的探测效率。
[硕士论文] 周链
农业机械化工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:超高压水射流技术是近30年来发展起来的一种新兴技术,在包括农业工程在内的工业各领域得到了广泛的应用。作为超高压水射流设备的核心部件,增压器对整个超高压水射流设备的性能有着重要影响。我国对其性能的研究与国外相比还存在较大的差距,而国外处于技术保密的原因,公布的资料非常少,从国内企业到国外公司参观交流了解到增压器的新产品开发已全面采用CAE技术。因此,采用CAE技术进行增压器性能的研究对提升企业新产品的开发十分迫切。
  本文以某企业的超高压水射流切割设备的增压器为研究对象,采用有限元分析技术对400MPa与600MPa增压器进行应力分析与疲劳寿命性能分析,主要研究工作及成果如下:
  (1)阐述了超高压水射流设备的液压原理和增压器的工作原理,得到了高压缸筒体的应力分布规律,介绍了高压容器自增强理论;探讨了增压器有限元性能分析软件的选择原则并给出了增压器有限元性能分析的技术路线方案;
  (2)对高压缸与堵塞进行自增强有限元分析,在此基础上建立了400MPa增压器装配体有限元模型。对400MPa增压器进行有限元分析,得到了380MPa和400MPa工作压力下的最大应力分别为532.864MPa和545.367MPa。结果表明:高压缸与缸盖连接一端的内壁端部以及高压缸壁厚1/4-1/3区域应力较大,在交变载荷长期循环作用下容易发生疲劳破坏;端盖和缸盖螺纹连接处应力分析结果较大,可能会发生咬合现象;堵塞的最大应力值均出现在通气孔交接处,此处由于应力集中易发生疲劳破坏。这些与企业现有性能测试实验十分吻合。
  (3)利用MSC.Fatigue进行400MPa增压器的疲劳寿命分析,得到了在380MPa工作压力下增压器的疲劳寿命分析结果为8.83×106次循环,工作时间为2453小时;在400MPa工作压力作用下,增压器的疲劳寿命分析结果为6.4×106次循环,工作时间为1775小时。这些与企业实际运行寿命较好的吻合,达到了400MPa增压器实际工作寿命需求。
  (4)建立了600MPa增压器的有限元模型,通过对1080MPa、970MPa、950MPa、940MPa、920MPa、900MPa六种自增强压力下的分析结果进行对比,确定了最佳自增强压力约为970MPa,与理论计算获得的最佳自增强压力970.25MPa相符合。接着探讨了增压器装配体的预紧力,为后续应力与疲劳寿命有限元分析工作奠定基础。
  (5)对600MPa增压器进行有限元分析,得到了600MPa和560MPa工作压力下的最大应力分别为564.668MPa和554.885MPa。结果表明:高压缸与堵塞连接的端部以及高压缸壁厚1/4-1/3区域存在较大应力,容易发生疲劳破坏;螺杆和螺母的应力值没有达到材料的屈服强度,不易发生拉断及咬合现象;端盖和缸盖的应力值也未达到材料的屈服强度,因此不易发生疲劳破坏。
  (6)利用MSC.Fatigue进行600MPa增压器的疲劳寿命分析,得到了在预紧力96000N、工作压力600MPa作用下的疲劳寿命分析结果为4.46×106次循环,工作时间为929小时;在预紧力90000N、工作压力560MPa作用下的疲劳寿命分析结果为6.06×106次循环,工作时间为1262小时。这些结果说明,现有企业新设计的增压器均达不到增压器至少工作1500小时以上的要求。最后针对600MPa增压器疲劳寿命无法达到要求的问题,提出了更换高压缸材料及改进高压缸结构两种改进措施,为企业提供参考。
  本文400MPa有限元应力分析与疲劳寿命分析与现有企业性能测试实验结果对比证明有限元分析技术应用在高压容器性能分析上是可靠的,也有力说明CAE技术可以是增压器开发必不可缺少的一种技术手段。另外为企业验证了新开发的一个600MPa增压器的可行性问题,为企业降低了投资风险。
[硕士论文] 康旭
机械工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:磨料水射流切割技术是在高压纯水射流中添加一定量的磨料颗粒来提高纯水射流切割能力的一项新技术。随着海洋资源的开发与利用,海上遇难船舶的数量越来越多。海底沉船表面破拆和垢物清除任务增多,传统的切割方式很难在海底中应用,因此磨料水射流凭借其在海水中较强的切割能力在打捞领域有着广泛的应用。复杂的海洋环境,对磨料水射流的切割装置提出了更高的要求。本文的主要目标是设计一款能在100米以内的海水中进行沉船表面开孔的装置并进行性能试验研究。
  本文对磨料水射流的切割冲蚀机理进行研究。在磨料水射流的切割过程中,产生切深的主要原因是磨料颗粒对工件材料的冲击和磨削作用。淹没环境下,射流的速度随着距离的增加而逐渐减弱。通过Fluent仿真研究100米海深条件下围压对磨料水射流的影响,然后在实验室条件下进行正交实验,研究分析了不同切割参数对淹没式磨料水射流切割能力的影响。仿真与实验相结合,得出对切割能力影响较大的几个参数依次是喷嘴孔径、切割喷头转速、泵压等。确定了淹没式磨料水射流切割的最佳切割参数,使切割效率大大提高,为淹没式磨料水射流切割的应用奠定了基础。设计了一款可在100米水深工作的开孔装置。基于效率优化得到的切割参数进行装置的结构设计,装置采用电机驱动、齿轮传动的结构,能够在水下稳定工作,达到预期的工作要求。装置采用强磁底座作为吸附结构,可稳定地吸附在船体表面。水下开孔实验首先研究了不同长度的高压软管对开孔装置切割能力的影响;其次分析了射流在不同长度、内径的管路中的能量损失情况;最后通过水下钢板开孔试验,对厚度为30mm的钢板进行切割,成功切割出直径150 mm的圆形钢板。切割次数不同对磨料水射流切割有一定影响,多次切割时切深可以在之前的基础上进行累加,开孔实验也验证了效率优化中的最佳切割参数可以提高淹没式磨料水射流切割效率的结论。
[博士论文] 李永平
工程热物理 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:冲击射流在基础研究和工业应用中扮演着相当重要的角色,是一个被广泛研究的流动形态。高效的传热和传质特性使得其在工业上的表面冷却、加热和烘干中的应用不断增加。本文采用大涡模拟的计算方法,在OpenFOAM软件平台上,对喷口-壁面距离为5倍喷口直径,无挡板的空气垂直冲击射流的流动和换热问题进行研究。
  首先,对三个中等射流Reynolds数4400、1.0×104和2.3×104的圆形冲击射流进行了数值模拟计算。通过将计算结果与已经公开发表的数据进行对比,验证了数值计算方法的准确性。对三个算例的瞬态和时均结果的对比分析表明,对于三个射流Reynolds数的情况,涡旋结构都没有形成完整的圆环。冲击射流的大尺度湍流流动结构,并没有随着射流Reynolds数的变化而发生本质上的改变。射流Reynolds数的变化对归一化平均速度大小几乎没有影响,而对归一化平均湍动能有轻微的影响。在两个径向位置处,射流Reynolds数的变化对归一化平均速度沿垂直方向分布的影响可以忽略。射流Reynolds数对归一化平均速度轴向分量的影响,主要表现在射流中轴线的位置附近。
  然后,研究了喷口形状对流动和传热特性的影响。对椭圆冲击射流换热问题进行了模拟计算,椭圆形喷口截面长宽比为1.5,射流Reynolds数为4400。将瞬态和稳态的计算结果与上述圆形冲击射流的相应数据进行对比分析,结果表明:对于圆形和椭圆形两种喷口形状的冲击射流,流动中的大尺度涡旋结构大同小异,都没有形成闭合的圆环;在自由射流剪切层附近的区域,椭圆冲击射流的湍动能水平略低于圆形射流;局部Nusselt数在椭圆长轴上的分布出现了第二峰值,而在短轴上或在圆形射流中则没有出现第二峰值;与圆形冲击射流相比,椭圆冲击射流的换热水平在空间分布上更均匀;在滞止点附近的区域内,圆形冲击射流的强化换热效果优于椭圆射流;当所关注的换热面积足够大时,两种冲击射流的换热效果几乎相同。
  最后,模拟了入口速度场施加主动扰动的冲击射流。速度场扰动的振幅分别是入口整体速度Wb的30%和70%,射流Reynolds数为10000。通过将瞬态和时均结果与相应的无扰动射流对比,得出以下几个方面的结论:入口速度场扰动对大尺度流动结构有本质上的影响,在入口边界施加扰动的射流中出现了比较完整、光滑的圆环形涡旋结构;速度场扰动带来的周期性的速度变化对应着周期性的环形涡旋结构;对速度场的扰动幅度越大,大尺度的涡旋结构越规则、光滑,并且随着流动的行进,涡旋更加不易破碎,带来的卷吸作用更强烈;冲击射流的入口速度场扰动,会导致流场中湍动能瞬态值的明显提高,这种作用随着扰动振幅的增加而加强;另一方面,入口速度场扰动通过改变湍流中的大尺度涡旋结构,使湍动能的分布也出现了明显的变化;入口速度场扰动对速度的脉动和湍流应力的影响,比其对平均速度的影响更大;对于滞止点附近的小块换热面积,施加速度场扰动振幅30%Wb的冲击换热效果优于无扰动时的效果,然而,施加振幅70%Wb扰动时的冲击换热效果却不及无扰动时的效果;如果把所关注的换热面积放大,则两种程度的扰动对换热效果的加强都是有利的,且70%Wb时的换热效果更好;而当所关注的换热面积足够大时,速度场扰动对换热效果的影响则可以忽略不计。
[硕士论文] 史航
动力工程 内蒙古科技大学 2016(学位年度)
摘要:近年来激光测试技术飞速发展,粒子图像测速技术(PIV)和激光多普勒测速技术(LDV)是非接触的测试方式,不干扰流场,在流动显示上有很大的优势。使用两台仪器对同一气雾射流流场进行测试,以进一步了解两种仪器的特点,并为测试其它对象提供借鉴和参考。
  本实验应用两种仪器对同一喷嘴气雾射流流场进行实验研究。在现有的气雾射流平台基础上改进其稳定性,通过更换3m3的储气罐和安装变频器控制水泵的方法,使实验台在气、水两路的供给达到实验要求的稳定状态。对 NCJ第五代气雾冷却喷嘴进行了喷射角度、水流密度以及典型工况的实验研究。并且在射流参数的典型工况下,应用PIV和LDV测量气雾射流速度场,对其结果进行比较、分析。
  实验结果表明,气雾射流的速度及分布相对均匀稳定,射流范围较宽,气雾分布均匀。距喷嘴距离为285mm、气压为0.20MPa、水压为0.40MPa时,可作为喷嘴典型工况。PIV和LDV所测气雾射流流场形态一致。流场速度大小在射流方向先增加后减小最后趋于稳定,距离喷嘴90mm速度达到最大,射流宽度方向速度由中心向两侧递减。距离小于90mm结果有差异,LDV测试结果略大于PIV测试结果,大于90mm两种仪器测试结果基本一致。
[硕士论文] 耿啸
机械工程 齐鲁工业大学 2016(学位年度)
摘要:高压微射流均质技术已经被广泛的应用于微纳乳剂的制备,但是仍存在一些亟需解决的问题,如对均质过程中流场参数的变化规律,流场参数的分布特征,粒径变化的直接影响因素等方面研究都有欠缺,无法提高实际生产中的质量和效率。本文以Niro-Soavi NS1001L型高压均质机作为实验设备,采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,研究了微射流均质过程中不同操作参数对液滴粒径变化的影响以及液滴粒径的变化机理。
  在宏观层面,通过液滴的破碎理论分析液滴的破碎过程,在微观层面,从液膜破碎的角度分析微粒破碎、聚合过程,加深对高压均质过程中粒径变化的过程解析,为实验结果与模拟结果的分析打下理论基础。
  通过高压微射流均质实验平台,对均质压力,均质次数,油相体积分数3个变量分别进行单因素实验设计与正交实验设计。在显微镜下观察均质前后液滴在连续相中的分布状态,得出了各因素并对粒径变化的影响规律,通过正交实验分析出突出影响因素。
  对微射流高压均机工作部位(高压均质腔)进行几何建模,进行了整体的网格划分和局部网格加密,采用Realizablek-ε湍流模型对连续相模拟,壁面区域采用标准的壁面函数。通过PBM模型对离散相的破碎与聚合过程进行了数值模拟,采用了SIMPLIC的方法实现压力-速度的耦合计算。
  通过一系列模拟计算,得到了高压均质腔内部的压力场、速度场、湍流动能,研究了压力对速度和湍流动能的影响规律。结果表明:高压均质过程中液滴的破碎和聚合受湍流的支配;随着均质压力的增加,液滴的聚合作用越明显;油相体积分数的大小影响液滴间相互碰撞的概率,进而影响液滴粒径大小。
[硕士论文] 柯瑞昌
生物医学工程 东南大学 2016(学位年度)
摘要:微流控芯片,凭借其体积小、效率高、试剂消耗少、分辨率高、灵敏度高、耗时短、成本低等优点,被广泛应用在各个领域。而液滴微流控技术作为微流控技术的重要分支,在近几年来倍受青睐,带来了大量的科学发展和技术的进步。微流控芯片操控的基础是微流体的驱动和控制技术。目前应用比较普遍的驱动方式就是注射泵驱动,但是注射泵驱动的纹波较大、单一注射器的流速范围小、芯杆容易变形、不易集成自动化等不足是注射泵无法绕过的缺陷。
  为很好的解决注射泵的问题,可以采用具有脉动纹波小、响应速度快、控制范围广等优点的气压驱动系统作为微流控的驱动源。因此,通过采用模块化设计思想从硬件电路设计、人机交互上位机界面设计、泵外形等机械结构设计、管路连接器件的选择等几个方面设计基于气压驱动的快速微纳液滴系统。该系统有如下优点:1)体积小、重量轻,有两个相互独立腔室可以同时驱动两路液体流动;2)该系统达到了0 bar到10 bar的宽范围气压控制、在整个宽范围内都拥有0.001 bar的分辨率和0.001 bar的精度;3)利用该系统最小可以生成皮升级的液滴,非常方便微纳升液体的输送。
  利用基于气压驱动的快速微纳液滴系统研究不同的复配表面活性剂亲水亲油平衡值(HLB值)和不同复配表面活性剂含量对液滴稳定性的影响,并通过液滴的液滴个数、归一化平均粒径、液滴粒径标准差、液滴粒径归一化标准差随时间的变化情况以及液滴粒径的概率分布情况,分析得出当HLB值为5.5,并且复配表面活性剂与矿物油体积比为5∶95(也即复配表面活性剂在油相中体积分数为5%)时,生成100μm以内的液滴的稳定性是最好的。
  通过利用快速微纳液滴系统和以上表面活性剂值和配比研究在不同油相、水相气压以及不同油相水相气压比下,液滴粒在流道中的形态和分布以及液滴粒径的情况。通过实验表明不同的油相水相气压会影响交叉口处水相“收缩颈”的大小,从而影响液滴粒径的大小。在油相气压大于水相气压时,随着油相气压的增大,液滴粒径会减小,并且减小速度先快后慢。液滴粒径变化斜率的绝对值与油相和水相气压比值呈倒数关系。并且,在相同的油相和水相气压比下,液滴粒径随着水相气压的增大而减小。
  快速微纳液滴系统非常适合作为液滴微流控或其他微流控的驱动源,相信在不久的未来,会越来越多的被采用,甚至在某些方面完全取代注射泵的应用。
[硕士论文] 张轲
机械工程 安徽理工大学 2016(学位年度)
摘要:高压水射流技术回收废旧轮胎的方法是对传统轮胎回收方法的良好补充,其高回收率、清洁无污染等优点使这个新的回收方法拥有广阔的应用前景。利用高压水射流的高能量和冲击力,将废旧轮胎破碎成为胶粉,使其橡胶材料与钢丝脱离而回收获得钢丝和精细胶粉。
  回收得到的胶粉根据其颗粒度的不同而用途不同,其回收价值也不同。通过改变射流的工作参数来影响所回收胶粉的颗粒度,以求获得最精细胶粉。因此,论文研究了射流工作参数对回收胶粉颗粒度的影响,并据此确定最佳的工作参数。所做主要工作如下:
  1.在校外企业对米其林轮胎进行回收试验,通过正交试验的方式,采用不同的射流工作参数对废旧轮胎进行破碎实验,探索射流驱动压力、喷嘴移速和靶距对回收胶粉颗粒度的影响,以获得最佳射流工作参数,并采用单因素实验的方法来验证正交实验获得的结果。最后对射流工作参数和回收胶粉的平均颗粒度进行回归分析,得出胶粉颗粒度与射流驱动压力、靶距、喷嘴移速的数学模型。
  2.对高压水射流破碎废旧轮胎的演化过程进行了模拟仿真,并对仿真的结果进行了分析,得出了水射流作用在橡胶材料上的变形过程和冲击面的压力变化规律。其次对橡胶材料的等效应变进行分析,得到了水射流破碎橡胶的机理。最后通过水射流对橡胶材料切深的仿真实验,得到了射流工作参数对切深的影响规律。得出的模拟结果与实验数据的分析结果一致,从而验证了数值模拟的可行性。
  3.通过对几种常见类型喷嘴的流场仿真,得到了喷嘴结构对射流流场特性的影响。对不同结构参数的锥直型喷嘴进行正交试验,得到了各个参数对其喷嘴出口速度的影响主次。最后对锥直型喷嘴的结构参数进行了优化,并通过仿真实验验证了优化的可行性。
[硕士论文] 路丽民
生物医学工程 东南大学 2016(学位年度)
摘要:液滴微流控是微流控技术的一个重要的分支,对液滴的操控如液滴融合、裂分、混合、分选、捕获等技术具有非常重要的意义,液滴分选就是从大量液滴中分离出目标液滴,可以用来提纯、浓缩目标液滴。微液滴生成和操控的前提条件是稳定的流体驱动,流体的驱动方式多种多样,常用的驱动方式是注射泵,但它有许多固有的缺点,比如分配过程易受温度变化、胶内气泡、螺杆转速的影响,而且纹波比较大、单个注射器流量范围小。气压驱动泵比注射泵的纹波小,响应速度快,但是目前市场上的气压驱动泵价格昂贵,控制范围不大。
  欲实现兼具这些优点的气压泵,本论文研制了一台适用于微流控领域的双气缸的恒压微流泵。两个气缸的气压控制完全独立,适用于液滴微流控研究。与现有的一些气压泵相比,恒压微流泵的气压控制范围广、精度较高、气压稳定、响应速度快。稳定时的气压波动范围为±1 mbar,气压控制范围为0.0~10.0 bar。可以用两款上位机软件和它进行WiFi通信,用户可以选择使用PC机或安卓平板电脑,上位机软件实时记录实验数据,可以提示各种运行参数,具有友好的交互界面。
  使用CAD软件设计了两种液滴分选芯片,分别利用了压电陶瓷的逆压电效应和非均匀电场对液滴的介电泳力,利用恒压微流泵搭建了液滴分选系统。首先利用搭建的液滴分选系统生成液滴,研究了气压为0~240 mbar时液滴直径、液滴生成速度与油相水相气压之比的关系。发现当油相气压值固定时,油相和水相气压比值越大,液滴直径越小,液滴生成速度也越慢;而当油相与水相气压比值相同时,油相气压越大,液滴直径越小,液滴生成的速度也越快。
  利用搭建的液滴分选系统,用设计的两种微流控芯片做了液滴分选。基于压电陶瓷的分选芯片在气压为0~200 mbar时给PZT加单个脉冲,改变总持续时间T和高电平时间Th能够实现单个液滴分选,目前可以实现11 Hz的液滴流中对单个液滴的分选。然后当油相气压为10000 mbar,水相为1000 mbar时生成305 Hz的液滴,对PZT施加连续的方波,发现可以分选,且分选率会随着高电平持续时间Th增加而增加。基于介电泳的分选芯片在气压为0~450 mbar时给金电极施加合适的电压幅值和频率,可以把液滴全部拉到目标流道中。且达到全分选时电压幅值越高频率就要降低。当电压过高或者频率过大时可能使液滴碎裂,故需要选择好参数。
  恒压微流泵系统适合作为微流控的驱动。基于恒压微流泵系统的液滴分选是比较基础的研究,为以后高速微液滴分选打下基础。
[硕士论文] 王尧
动力机械及工程 北京交通大学 2016(学位年度)
摘要:液体火箭发动机具有比冲高、能反复启动、工作时间长短可任意设定、多次使用、推力可调节等优点,在人类空间技术的发展史上长期占据着主要地位。而燃用常温绿色液体推进剂的卫星及空间探测器更是目前许多国家研究的热点。作为其发动机上的关键部件:液/液同轴离心式喷嘴及其产生的液体同轴旋转射流对发动机的燃烧效率和燃烧稳定性起着决定性的作用,开展对其雾化过程的研究具有十分重要的意义。
  本文通过搭建的喷雾实验系统,对设计的外混式和内混式两种型式的同轴离心喷嘴进行了冷态喷雾实验。利用高速摄影及Malvern粒度分析仪研究了射流工况和喷嘴几何结构的变化对模拟推进剂下的同轴旋转射流液膜破碎特征及雾化性能的影响;并通过数值模拟方法研究了内外路单独喷射时射流工况对液/液同轴离心式喷嘴内部流动特性的影响,作为对实验研究的补充。结果表明:
  1、内外路旋转射流形成的回流区气体卷吸作用是外混式同轴旋转射流形成的主要原因;内外路射流掺混位置不同引起的液膜扰动波变化是内混式同轴旋转射流液膜破碎特征改变的主要原因。
  2、内路射流工况对外混式同轴旋转射流的液膜破碎长度和液滴SMD直径和分布均匀度起主导作用。喷雾锥角则受内外路射流工况共同影响。
  3、内外路射流掺混位置与喷孔之间的距离对内混式同轴旋转射流液膜破碎长度和液滴SMD直径和分布均匀度起主导作用,喷雾锥角同样受内外路射流工况共同影响。
  4、反向同轴旋转射流的回流区气体卷吸作用比同向旋转射流弱。
  5、采用二维轴对称模型、VOF模型和RNG k-ε模型可以准确预测液/液同轴离心式喷嘴内部的流场特性,数值计算的喷雾锥角与实验测量吻合较好。
[硕士论文] 蔡进
安全科学与工程 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:随着我国工业的不断发展,近年来重气泄漏事故时有发生,给生态环境、居民的健康和安全以及社会稳定带来了严重影响。本文在着眼于目前重气泄漏应急技术和措施的不足之处,将压力水射流技术应用到泄漏重气的应急处置上,对压力水射流装置驱散稀释泄漏重气进行实验和数值模拟研究,该技术的特点是本质安全、次生污染小。
  本文采用理论、实验和数值模拟三者相结合的研究方法。
  首先是对射流基本理论、两相流流体力学理论、重气扩散基本理论和压力水射流装置驱散稀释重气机理进行了研究,分析装置结构参数和使用条件对其驱散稀释重气性能的影响,再在前人研究的基础上确定了本文研究参数的范围。本文设计和进行了实验室二氧化碳气体释放和自由扩散实验,对应地用数值模拟方法模拟了气体释放和自由扩散的过程,通过定性和定量对比实验数据资料和计算机模拟预测的结果,验证数值模拟模型的可行性。
  然后运用CFD计算机数值模拟软件研究了不同喷嘴类型、喉管长度、扩散角的结构参数以及不同水压和摆放方位的使用条件下,压力水射流装置驱散稀释二氧化碳的整个过程,分析不同装置内部结构参数、使用条件对其驱散稀释重气性能的影响。研究发现,装置装有锥形实心喷嘴相比装有空心喷嘴和直射喷嘴时,其驱散稀释重气的效果要好,在装置开启20s后CO2的驱散率从高到低依次为:95.16%,93.59%,91.15%;短喉管装置相比长喉管和直管装置有着更好的重气驱散稀释性能,在装置开启20s后CO2的驱散率从高到低依次为:95.16%,94.05%,86.31%;三种扩散管角度中,45°和30°扩散管的装置效果基本一致,在装置开启20s后的CO2驱散率分别为94.97%,94.78%,60°和15°扩散管装置驱散稀释重气的效果较差;装置使用水压从1MPa增大到4MPa时,装置性能有明显提升,但是提升的幅度不断减小,在装置开启20s后的CO2驱散率从高到低依次为:89.96%,95.16%,97.21%,97.60%;装置在使用过程中,为了最大化其效果,应该根据现场实际情况调整出口方位。
  接着,本文设计和进行了压力水射流装置驱散稀释二氧化碳的验证试验,定性比较实验结果和数值模拟结果后发现,两种方法的研究结果一致。实验结果还表明,压力水射流装置雾滴粒径越小,吸风量越大,其稀释驱散重气的效果也越好。
  最后,用计算机数值模拟有毒重气-氯气的泄漏,预测压力水射流装置驱散稀释重气的效果,为今后压力水射流装置的实际应用提供参考。
[硕士论文] 程用泉
兵器工程 中北大学 2016(学位年度)
摘要:超高压磨料水射流技术是近几十年来发展起来的一项新型的冷加工技术,其应用日益广泛。随着水射流技术的发展趋势,磨料水射流非常规加工工艺逐渐变成磨料水射流研究领域的重点。
  基于水射流技术的发展趋势和研究现状,文中对试验设备进行了优化改进,设计了磨料水射流的对刀装置和降噪装置;通过试验,定性研究了射流压力、靶距、进给速度、冲击角度和切割次数这五个工艺参数的切割规律。结合切割规律,在T2紫铜板上进行微槽加工试验,定量分析了进给速度和切割次数对切割深度的影响,并得到拟合曲线方程。结果表明:对于特定的材料,磨料水射流有效的工艺参数的控制能够实现不同的切割深度,利用磨料水射流进行盲槽加工、铣削是完全可以实现的。
  文中分别分析了超高压磨料水射流技术加工通孔和盲孔的加工过程。选取塑性材料和脆性材料进行通孔加工,试验研究了其孔的形貌特征。试验结果表明:利用水射流技术加工的通孔孔内壁存在一定的锥度,锥度一般在3°左右。
  在盲孔的研究中,文中基于量纲分析法建立了磨料水射流的打孔的孔深预测模型,模型满足:此处公式省略
  将实验值和预测值进行了对比,对比结果表明了模型的准确性;同时表明了在盲孔的加工中,加工的盲孔也存在一定的锥度。另外,文中结合实际需求和水射流加工技术的发展方向,对超高压磨料水射流三维加工进行了初步探讨,并进行了相关实验。实验结果表明了磨料水射流三维加工的可行性。
[硕士论文] 李丙乾
机械制造及其自动化 重庆理工大学 2016(学位年度)
摘要:湍射流流场的掺混控制研究是流体研究领域的研究热点,比如通过提高掺混率实现射流燃气的充分燃烧,减少污染物排放,能源充分利用;通过提高掺混率实现流场的快速扩散降温;通过提高掺混率降低流动噪音等等。而对流场掺混的控制分为主动控制技术和被动控制技术,本文采用主动控制技术,利用侧向垂直分布的脉冲微射流对圆射流进行激励,通过改变脉冲微射流的分布方式以及微射流的激励频率、质量流率、占空比等流动参数,研究各个参数对射流流场扩散掺混的影响。
  首先,研究了流场掺混变化特性与微射流激励分布方式之间的关系。在每支微射流的流动参数一致的条件下,将2、3、4、6支脉冲微射流沿圆射流径向作对称分布,借助商业软件ANASYS Fluent中的大涡模拟法对微射流控制的圆射流进行了数值模拟并通过实验数据验证了数值模拟的可靠性。在此基础上对比不同分布方式激励下流场的扩散方式及卷吸掺混效果,发现2支对称分布的脉冲微射流对圆射流的掺混增强效果最佳。
  其次,对微射流激励频率变化所产生的激励效果进行了分析。实验中采用不同分布的微射流对圆射流进行扰动激励,通过调节微射流的激励频率与自由射流大涡频率的比值FV/FO从0~2变化,分析了圆射流流场中拟序结构的发展演变规律与射流轴线上的速度衰减规律,发现最佳的流动状态对脉冲激励频率的变化十分敏感,在微射流激励频率FV与主射流大涡频率FO相同时,流场的掺混增强效果最明显。
  然后,对微射流的质量流率和占空比的激励效果进行了研究。通过电磁阀调节微射流的质量流率和占空比对圆射流进行激励并分析了流场的掺混增强效果。结果表明在质量流率比Cm<0.05%时,流场的掺混增强效果随着微射流质量流率的增大呈现加强趋势,当质量流率比Cm>0.05%后,微射流之间出现对撞,圆射流的掺混增强效果反而随着质量流率的增大呈现减弱趋势;在本文对占空比的研究范围内(10%~20%),微射流对流场掺混的增强效果随着占空比的增大出现下降趋势。
  最后,本文解释了微射流激励下流场掺混增强的物理机制,揭示了流场涡结构在微射流激励下的发展演变过程。
[硕士论文] 于秀芳
机械工程 山东大学 2016(学位年度)
摘要:低压大流量自激脉冲空化射流作为一种新型高效的射流技术,有着自身特有的优势,尤其是在大型储罐清洗作业中的应用。本文对自激脉冲空化射流的作业特点、目前的研究现状及应用前景进行了综述,总结了目前研究中存在的问题。针对运行参数及结构参数对靶距、出口动能及射流打击力特性的影响,进行了理论研究、试验验证及数值模拟。
  首先针对本文所分析的低压大流量自激脉冲空化射流流场的特性,选择并介绍了射流场湍动力学的控制方程、湍流模型方程、多相流模型方程及空化模型方程。
  应用Fluent软件,针对不同运行参数及不同结构参数下的低压大流量自激脉冲空化射流喷嘴的内部流场进行了数值模拟,通过分析模拟结果得到的腔内压力云图,研究腔内低压区及空化气囊分布随时间的变化;对比气相体积分数云图及喷嘴出口速度,分析运行参数及结构参数对喷嘴腔内空化气囊的分布及打击力特性的影响。
  对低压大流量自激脉冲空化射流喷嘴的外流场进行模拟,分析外流场射流结构的变化及靶距对射流打击特性的影响;通过对重力与非重力工况下的外流场分别进行模拟,分析重力因素对射流打击特性的影响;改变入口压力及结构参数,分析射流在靶盘上打击力分布的变化。
  对脉冲空化射流的试验目的、试验装置及测试系统进行了介绍。阐述了相关的试验内容。基于能产生明显脉冲效果的一组结构参数配比的喷嘴,通过逐一改变结构参数的试验方法,分析了该工况下的最优靶距及脉冲射流的发生机理;总结了运行参数及结构参数对最优靶距、射流频率的影响。
[硕士论文] 张祎
制冷及低温工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:射流引起的噪声问题是气动声学及其工程领域的研究和计算难题,其中冲击射流在工程领域应用广泛,具有重大的研究价值。运用宏观理论并结合介观分子运动模型是解决该问题行之有效的途径,也是目前的研究热点。本文通过实验测量了不同冲击距离下的射流声场,同时在宏观尺度上使用能够准确捕捉冲击射流流场涡结构变化的大涡模拟(LES)模型,并利用FW-H模型对声场进行数值计算,对实验数据和计算结果进行了挖掘、处理和对比;在微观尺度上利用介观方法GKS模型对射流流场编程计算,对不同稀薄度下的模型进行了仿真计算。
  为研究低马赫数条件下射流冲击圆锥形障碍物的气动声学特性,本文使用课题组自行设计搭建的射流噪声试验台针对4个冲击距离下的射流声场进行了远场实验测量,并基于大涡模拟模型对其进行了仿真计算,结果显示声场测量与数值结果吻合较好。从数值模拟捕捉到的冲击射流涡结构产生、演化以及耗散的变化现象,分析了冲击距离与远场声压之间的影响因素及涡变化与声源分布关系,发现影响冲击射流的主要噪声源与冲击距离具有很强的相关性。研究表明:障碍物位于10De位置处时所接收到的声压级值最大,此时影响冲击射流的主要噪声源为旋涡脱落引起的具有宽频带特性的偶极子噪声源;当冲击距离较远时,主要声源为具有低频特性的自由射流段涡环配对所产生的四极子源。
  本文构造了适合模拟远场条件下的二维氩气体射流低速流场动理学GKS(Gas-kinetic Scheme)模型,通过引入虚拟网格简化了远场边界条件处理,目的在于将GKS方法拓展应用于稀薄气体下的射流数值计算。首先通过网格敏感性对比分析,选定中等密度网格作为模型的计算网格;其次比较了连续流条件下GKS模型与现有模型的计算结果,前者等值线相对光滑、反映的流场细节较好,结果基本吻合;最后在Kundsen数为0.01,0.05,1.0,10等四种典型情形下,采用该模型研究了亚音速射流流场的稀薄效应,比较分析了稀薄条件下射流流场结构变化情况。
[硕士论文] 胡亚州
流体机械及工程 华北水利水电大学 2016(学位年度)
摘要:针对我国多泥沙河流以及水库库区淤积亟需治理的实际需要,本文以课题组前期对自激吸气脉冲射流喷嘴的冲击性能和冲蚀性能研究为基础,结合国内外研究成果,对自激脉冲射流的时频特性进行理论分析和试验研究。探讨了腔体测点压力脉动信号与冲击压力脉动信号时频分布之间的相关性,得到了压力脉动信号各频率尤其是固有特征频率成分的时频分布规律。
  第一章概述了国内外学者对水库清淤和水射流、空化射流、磨料射流、脉冲射流等方面的研究进展及概况,并对自激脉冲射流的应用进行了总结。第二章首先对自激脉冲射流在吸气与不吸气两种状态下的发生机理进行了分析,并阐述了各自的特点,其次介绍了本文对压力脉动信号进行时频分析的方法、理论及优点。第三章开展喷嘴的射流性能试验研究,运用时频分析技术对喷嘴射流冲击信号和压力信号的时频特性进行提取,并以频带能量百分比为指标,分析比较了喷嘴不吸气和吸气后频带能量所占百分比的各频带分量能量及频幅分布情况;根据信号的时频分布特性,探讨了喷嘴腔体测点压力脉动信号与冲击压力脉动信号时频分布之间的相关性;得出了不同运行参数和结构参数下压力脉动信号各频率尤其是固有特征频率成分的时频特性分布规律。
  本文的研究成果为深入研究自激吸气脉冲射流喷嘴发生振荡的机理,以及为射流喷嘴在实际应用中开展脉冲射流冲击频率的调制提供依据。
[硕士论文] 孙静
信息与通信工程 太原理工大学 2016(学位年度)
摘要:水下气体射流作为复杂的两相流动,在工程、冶金、国防等领域具有广泛的应用。近年来由于同心筒发射装置的应用与破水发射概念的提出,对水下气体射流的研究受到高度重视。然而对水下气体射流的研究更多的集中在圆形截面喷管与超声速工况下,对于环形截面喷管以及低速泡流态的水下气体射流的研究有待深入。
  本文主要采用数值模拟的方法分别对圆形和环形截面在亚声速、跨声速和超声速三种工况下的水下气体射流形态进行研究。主要的研究内容和工作包括:
  (1)建立了一套适合的柱形水下气体射流和环形水下气体射流数值模拟模型,并结合实验结果对数值模拟的模型进行了可靠性验证。
  (2)针对喷管喷出的气流速度为100m/s、340m/s、680m/s三种工况下的柱形水下气体射流和环形水下气体射流进行数值模拟研究。
  (3)对柱形水下气体射流和环形水下气体射流的形态发展过程和发展过程中的物理现象进行分析,同时对比分析两种不同形态的水下气体射流的异同。通过实验和数值模拟的结果表明:(a)柱形和环形水下气体射流产生的气泡在发展过程与整体的发展方向上相似;在环形射流中,气流速度较低时出现不同于柱形射流球状气泡的类环状结构形态的气泡;(b)在跨声速工况开始出现回击现象。随着射流速度的增大,回击现象发生的频率增大。
  本文作为水下气体射流研究的基础,为后续的水下气体射流更进一步的研究打下一定的基础。
[硕士论文] 马文良
流体机械及工程 华北水利水电大学 2016(学位年度)
摘要:基于我国多泥沙河流和水库分布的现状,水库清淤成为一项亟待解决的问题。自激脉冲射流有着周期的聚能输出效果,射流压力在极大值与极小值之间的周期性波动,在极短的时间内产生极大的动量作用于水下淤积物,能够提高被冲蚀淤积物的松弛效应。而对于脉冲射流的破坏作用,由射流脉动压力的时均压力特性和脉动特性共同决定。为此,本文对自激吸气脉冲射流脉动压力特性进行研究。
  第一章首先简单介绍了几种新型射流的特点,整理概述了自激振荡脉冲射流技术研究和应用等方面的研究概况,简述近年来研究学者对射流脉动压力方面的相关研究,并对高速摄像技术及其在两相流研究中的应用情况作简单介绍。第二章首先介绍了淹没射流特性,然后分析了自激振荡脉冲射流及自激吸气脉冲射流的产生机理,并对两种射流冲击力进行定性的比较研究,简要说明影响其性能的因素,最后介绍了对脉动压力信号的统计分析方法。第三章通过对自行设计的自激脉冲射流喷嘴在淹没环境下开展研究,首先分析自激脉冲射流脉冲压力信号的统计特性,再比较分析了自激脉冲射流和自激吸气脉冲射流的径向发展分布,用三个统计特征量(脉动压力均方差,即脉动强度、压力脉动峰值、时均压力)系统分析不同影响参数对自激吸气脉冲射流脉动压力特性的影响规律。第四章通过高速摄像技术与图像处理技术对自激吸气脉冲射流喷嘴振荡腔内流动形态开展研究,获得了一个完整振荡周期内振荡腔腔内的流动变化过程,验证了自激吸气脉冲射流也呈一定的周期变化,分析不同影响参数对自激吸气脉冲射流喷嘴振荡腔腔内流动状态的影响,并与不同影响参数对自激吸气脉冲射流脉动压力特性的影响相互验证,为其装置应用提供理论与技术基础。第五章为全文总结与展望。
[硕士论文] 杨海威
电气工程 东北电力大学 2016(学位年度)
摘要:由于风电具有波动性和随机性等特点,为评估大规模风电联网运行对电网产生的影响,需对风电功率的波动特性进行分析。如何描述风电功率的概率密度特性一直是风电功率波动特性分析领域的研究难点,而概率密度特性分析则是风电功率波动特性研究的重要内容。
  本文在分析并网风电规模增大对电网影响的基础上,论述了风电功率波动特性分析的组成内容,并将风电功率的概率密度特性用分布函数模型的拟合有效性表达,通过一系列的评价指标量化说明不同时空尺度和采样周期对应的风电功率的概率密度特性。因此本文的内容组织如下:
  首先提出了一种风电功率概率密度函数拟合有效性的评估方法,通过计算风电功率概率密度和相应拟合有效性评估指标,拟合其概率密度函数并进行拟合优度检验,根据指标值评估该次拟合所用分布函数的有效性。在概率密度函数法对风电功率波动特性分析的基础上,验证了采用多种单一分布函数模型对风电波动概率密度特性的拟合效果较差;并根据列维定理揭示了风电场群出力波动概率密度特性的分布规律,提出采用高斯混合模型替代单一分布函数模型来拟合风电波动概率密度特性的方法。
  其次,以上述研究为基础,论证了风电功率的时间尺度、空间尺度对概率密度拟合有效性的影响。
  最后,通过计算风电功率概率密度并构建相应评估指标FOI模型,讨论了风电功率数据采样周期对用于描述风电功率波动概率密度特性的分布函数拟合有效性的影响;通过量化描述风电功率预测误差和用于风电功率预测的样本数据的复杂程度,构建一种优度指标I并提出了一种优选方法,分析不同采样周期的风电数据对风电功率预测精度的影响,并为风电功率超短期预测确定最优采样周期的风电数据。
[硕士论文] 赵文亮
机械工程 浙江大学 2016(学位年度)
摘要:空化射流技术将水射流技术与空化现象相结合,利用空泡破裂时产生的强大冲击力来增强射流的作用效果,其冲蚀能量更强、工作效率较高,因此广泛应用于工业清洗、开采钻探、材料破碎等水力学应用领域,由于其将具有强烈破坏作用的空化空蚀现象引入到水射流之中,将破坏作用变为有利作用,是国内外很多学者研究的热点领域。
  本文以水下空化射流为研究对象,以产生高强度剪切型原理空化射流、表面不同形貌耐空化腐蚀能力为研究目标,采用标准试件冲蚀法、高速摄影技术、噪声测量技术以及激光显徼扫描技术相结合的方法,对空化射流冲蚀技术进行了系统的研究。论文中提出了可视化水下空化射流的研究方案,设计并搭建了样机,并对剪切型空化原理类型的喷嘴进行了大量研究,得出了其优化的结构模型及尺寸参数,可用于以后的设计开发之中,同时深入分析了不同表面微观形貌在空化射流冲蚀下的腐蚀规律,有助于推动耐空化腐蚀能力的进一步探索。
  有关各章内容分述如下:
  第一章,介绍了空化射流技术的发展、产生机理及其特点,重点阐述了国内外学者对空化射流的研究进展与研究成果,概括总结了研究空化现象与空化射流的先进方法与技术,与此同时,着重说明了水下空化射流技术的应用领域及重要性,简要阐述了课题的研究意义与研究内容。
  第二章,提出了可视化水下空化射流的研究方案,设计并搭建了可视化水下空化射流试验系统装置,可产生一定参数可调的稳定空化射流;确立了实验的研究手段与方法,使用精密光学设备、声学设备等对空化射流技术的研究进一步奠定了基础。
  第三章,对喷嘴出口空化射流的流场进行了分析,在前人提出的理论模型基础之上,通过高速摄像图像、频谱分析以及冲蚀后形貌对空化流场模型进行进一步的分析;其次,重点通过数值分析的方法对空化射流流场形态进行仿真分析,利用电子计算机和离散化的数值方法对空化射流流场进行数值计算和图像显示,在时间和空间上定量描述流场的数值解,通过Fluent软件对喷嘴出口空化射流流场进行了计算流体力学仿真。
  第四章,以剪切型原理空化射流喷嘴为研究对象,着重分析了剪切型原理空化喷嘴的结构模型及尺寸参数,比较分析了各种哨嘴对空化射流强度的影响,寻找一种较好的哨嘴结构模型;通过大量实验分析喷嘴哨嘴的尺寸参数对空化射流强度的影响关系,并找到了效果较好的尺寸参数关系。
  第五章,研究不同表面形貌抵抗空化侵蚀能力高低。首先采用标准试件冲蚀法,从宏观上比较了四种同一材质、不同的表面形貌零件耐空化腐蚀能力的高低,根据大量实验数据分析并得出了一定的结论;从微观层面,采用共聚焦激光显微技术,实时对空化射流冲蚀作用下的靶体进行显微观察,揭示了在空化射流作用下零件表面的一些腐蚀规律。
  第六章,主要采用水下空化射流技术进行了一定的实践应用,对海洋生物附着靶体进行了相应的空化清洗实验,设计开发了一套应用于实际场合的水下空化清洗装备。
  第七章,概括本文的主要研究工作与成果,并展望了今后有待于进一步深入开展的研究工作及方向。
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